Qual é melhor: o filtro plissado ou o filtro sinterizado?

Um filtro plissado é normalmente a melhor opção quando se necessita de um caudal elevado, uma baixa queda de pressão inicial, uma instalação compacta e uma substituição económica. Um filtro sinterizado é normalmente a melhor opção quando o processo envolve altas temperaturas, alta pressão diferencial, produtos químicos agressivos, limpezas repetidas, recuperação de catalisadores, utilização de vapor ou longos períodos de funcionamento.

Essa é a resposta direta.

Mas não é a resposta que a maioria das equipas de compras deseja, porque o termo “melhor” é frequentemente utilizado como substituto de uma questão que ninguém definiu devidamente: melhor em que aspeto, em que condições de processo, durante quantas horas de funcionamento e a custo de quem?

O que é barato acaba por sair caro.

Um cartucho plissado descartável que custa um quinto do preço pode, ainda assim, tornar-se a opção mais cara após seis meses de substituições, mão-de-obra associada às paragens, gestão de inventário, perda de produto e eliminação de resíduos contaminados. Ao mesmo tempo, especificar um elemento sinterizado 316L de alta resistência para água ambiente limpa a pressão moderada pode ser um exagero de engenharia — tecnicamente impressionante, mas financeiramente pouco vantajoso.

Então, qual é o filtro que deves realmente comprar?

A minha opinião é direta: Opte por meios plissados para obter uma área de superfície económica; opte por meios sinterizados para garantir a resistência estrutural e uma recuperação repetível. Tudo o resto são pormenores do processo.

Filtro plissado vs. filtro sinterizado: a diferença na prática

Um filtro plissado é fabricado através da dobragem de uma folha de meio filtrante, formando uma geometria cilíndrica bem compacta. As dobras multiplicam a área efetiva de filtração sem que seja necessário um invólucro de maiores dimensões. Dependendo da aplicação, o meio filtrante pode ser de polipropileno, poliéster, celulose, fibra de vidro, membrana de PTFE, malha de aço inoxidável ou outro material de engenharia.

Um filtro sinterizado é produzido através da ligação de pó metálico, fibra metálica ou malha de arame tecida a uma temperatura elevada, inferior ao ponto de fusão do material. As partículas ou os pontos de contacto dos fios fundem-se, formando uma estrutura porosa rígida com vias de fluxo controladas.

A geometria permite aumentar a área.

O outro ganha força graças à metalurgia.

Essa distinção afeta praticamente todas as variáveis operacionais: queda de pressão, capacidade de retenção de sujidade, resistência térmica, resistência ao colapso, facilidade de limpeza, libertação de partículas, compatibilidade química, vida útil e custo de aquisição.

Isso também explica por que razão um simples filtro plissado vs. filtro de metal sinterizado Uma comparação baseada apenas na classificação em mícrons não é fiável. Dois elementos marcados com “10 µm” podem comportar-se de forma muito diferente, uma vez que a classificação nominal, a classificação absoluta, a distribuição do tamanho dos poros, a espessura do meio filtrante, a forma das partículas, a viscosidade do fluido e a concentração do fluido de teste influenciam, todos eles, a retenção efetiva.

O veredicto resumido

Escolha um filtro plissado quando:

O fluido está relativamente limpo ou moderadamente contaminado.
É importante que a pressão diferencial limpa seja baixa.
É necessário um caudal elevado numa estrutura compacta.
A temperatura do processo mantém-se dentro dos limites do polímero ou da junta.
A substituição do cartucho é simples e económica.
A utilização de material descartável é aceitável.
A etapa de filtração tem uma função de proteção, de aperfeiçoamento ou de pré-filtração, em vez de ser estruturalmente exigente.

Escolha um filtro sinterizado quando:

O elemento deve resistir a altas temperaturas ou a ciclos térmicos.
A pressão diferencial, a vibração, o fluxo inverso ou as pulsações de pressão podem danificar os meios filtrantes macios.
O filtro deve ser limpo, submetido a retrolavagem, tratado com vapor, tratado por ultrassons ou regenerado quimicamente.
A migração de meios de comunicação ou a redução da cobertura de fibra ótica são inaceitáveis.
O processo contém catalisantes valiosos ou sólidos do produto.
As paragens são dispendiosas.
A repetibilidade a longo prazo é mais importante do que um preço inicial baixo.

Existe um meio-termo um pouco complicado: um filtro plissado sinterizado. Este design combina a grande superfície das pregas com a estabilidade mecânica e a facilidade de limpeza da fibra ou malha metálica sinterizada. Pode ser uma excelente solução, mas não deve ser confundido com um cartucho plissado de polímero de baixo custo.

A nossa gama de elementos filtrantes plissados sinterizados insere-se nesta categoria intermédia: tem uma área maior do que um tubo rígido convencional de metal sinterizado, mas uma capacidade estrutural e térmica muito superior à de um filtro plissado de plástico descartável.

Tabela comparativa: filtro plissado vs. filtro sinterizado

Fator de seleção	Cartucho filtrante plissado	Cartucho de filtro sinterizado	Um vencedor típico
Custo inicial de aquisição	Normalmente mais baixo	Normalmente mais elevado	Pliado
Área de filtração	Muito elevado devido ao material dobrado	Moderada para meios filtrantes tubulares em pó; elevada para modelos metálicos pregueados	Pliado ou sinterizado pliado
Queda de pressão livre	Normalmente baixo quando o tamanho for adequado	Frequentemente mais elevado para dimensões equivalentes e qualidades finas	Pliado
Resistência a altas temperaturas	Limitado pelos materiais, camadas de suporte, adesivo, tampas das extremidades e vedantes	Excelente, desde que se escolha o metal e a junta adequados	Sinterizado
Resistência à pressão diferencial	Depende em grande medida da construção do núcleo e do material de revestimento	Elevada integridade estrutural	Sinterizado
Resistência química	Pode ser excelente, mas depende do polímero e dos materiais de ligação	Excelente quando se escolhe a liga correta	Dependente da aplicação
Facilidade de limpeza	Alguns modelos podem ser lavados; muitos são considerados descartáveis	Concebido para limpeza repetida por retrolavagem, ultrassónica, com solventes, a vapor ou química	Sinterizado
Perda de fibras ou de meios	É possível com alguns meios fibrosos	A estrutura metálica colada minimiza a migração	Sinterizado
Capacidade de retenção de sedimentos	Com grande profundidade de pregas ou designs multicamadas	É bom, mas depende da estrutura dos poros e da formação ou não de um bolo de filtração	Dependente da aplicação
Modelo de serviço	Substituir após atingir o ΔP terminal	Limpar, regenerar e reutilizar	Sinterizado
Frequência de desligamento	Pode aumentar a oferta de serviços complexos	Muitas vezes diminui quando a limpeza é eficaz	Sinterizado
Peso	Baixo	Mais alto	Pliado
Custo de eliminação	Mais cartuchos usados	Menor frequência de substituição, mas os resíduos de limpeza mantêm-se	Sinterizado
Melhor utilização	Água, alimentos e bebidas, líquidos de processo em geral, tratamento de acabamento, pré-filtração	Refinação, produtos químicos, gás quente, vapor, recuperação de catalisadores, gás a alta pressão	Depende do serviço

Por que razão os filtros plissados apresentam, normalmente, uma queda de pressão inicial mais baixa

As pregas aumentam a área de superfície.

Muito disso.

Donaldson afirma que alguns desenhos industriais plissados proporcionam aproximadamente duas a três vezes a área de filtração, ocupando o mesmo espaço, reduzindo a relação ar/meio filtrante e a pressão necessária. A Parker descreve, de forma semelhante, os cartuchos celulósicos plissados como oferecendo uma elevada capacidade de caudal com uma baixa queda de pressão.

Isto não é apenas retórica de marketing. A velocidade do fluido em cada centímetro quadrado do meio filtrante diminui à medida que a área disponível aumenta. Uma velocidade frontal mais baixa implica, geralmente, uma pressão diferencial de limpeza mais baixa, desde que os canais das pregas permaneçam abertos e o meio filtrante não tenha sido sobrecarregado.

Mas um maior número de pregas não significa, automaticamente, um melhor desempenho.

Essa suposição causa problemas.

Se as pregas estiverem demasiado próximas umas das outras, líquidos viscosos, sólidos pegajosos ou o bolo de filtração que se acumula rapidamente podem formar pontes nos espaços entre as pregas adjacentes. Assim que se inicia a formação dessas pontes, grande parte da área indicada deixa de funcionar de forma independente. O cartucho pode parecer enorme na ficha técnica, mas comportar-se como um cilindro muito mais pequeno no recipiente.

Um espaçamento amplo entre as pregas pode melhorar a facilidade de limpeza e retardar a formação de pontes. A Donaldson, por exemplo, descreve modelos de cartuchos com pregas largas destinados a melhorar a limpeza por impulsos e a controlar a queda de pressão em aplicações com poeiras fibrosas ou aglomerativas.

É por isso que não considero que o “número de pregas” seja, por si só, uma especificação significativa num processo de adjudicação de contratos. Solicite:

Área de filtração efetiva
Profundidade e espaçamento das pregas
Permeabilidade do meio
ΔP limpo à vazão real
Viscosidade do fluido utilizado no ensaio
Pressão diferencial no terminal
Ocultar classificação
Temperatura de ensaio

Sem esses valores, a comparação fica incompleta.

A queda de pressão é uma questão relacionada com os custos operacionais, não apenas com os filtros

Cada filtro cria resistência. À medida que a contaminação se acumula, a resistência tende a aumentar.

O Departamento de Energia dos EUA aconselha a filtrar o ar comprimido apenas até ao nível necessário, uma vez que a filtração desnecessária aumenta a queda de pressão e o consequente consumo de energia. Recomenda ainda a substituição dos elementos com base na pressão diferencial medida, em vez de se basear apenas num calendário.

Essa questão tem importância muito para além do ar comprimido.

Num sistema de líquidos acionado por bomba, o aumento de ΔP requer uma altura manométrica adicional. Num circuito de gás, pode reduzir a pressão a jusante, limitar o caudal ou aumentar a carga do compressor. Numa unidade de produção por lotes, pode simplesmente prolongar o tempo necessário para concluir cada transferência.

Um filtro com um preço de aquisição baixo, mas com um ΔP de funcionamento permanentemente elevado, pode acabar por custar muitas vezes mais do que a diferença de preço.

E o inverso também é verdadeiro. Um elemento sinterizado de alta qualidade não poupa energia automaticamente. Se for de dimensões insuficientes, excessivamente fino, mal limpo ou tiver sido especificado com a estrutura de poros errada, pode funcionar com uma queda de pressão desnecessariamente elevada.

O filtro deve ser dimensionado de acordo com o processo — e não com o que está no folheto.

O que distingue os filtros sinterizados: a temperatura

Esta é, normalmente, a parte mais fácil da decisão.

Os cartuchos plissados padrão de polipropileno são frequentemente utilizados na filtração de água, bebidas, produtos químicos e em processos industriais em geral, mas a sua temperatura de funcionamento é limitada pelo polímero, pela estrutura de suporte, pelo método de fixação das tampas e pelo material de vedação. Os modelos plissados em poliéster, PTFE, fibra de vidro e aço inoxidável podem alargar a gama de aplicações, mas todos os componentes têm, ainda assim, de ser verificados.

Um elemento metálico sinterizado elimina muitas dessas restrições.

A Pall apresenta modelos de metal sinterizado poroso para utilização até 677 °C ou 1 250 °F quando é selecionada uma liga adequada. As suas configurações padrão podem apresentar limites publicados mais baixos, uma vez que a vedação, a caixa ou o material padrão — e não necessariamente o próprio metal poroso — se tornam o componente limitante.

Esse pormenor passa frequentemente despercebido.

O facto de o corpo do filtro 316L estar concebido para várias centenas de graus não significa que uma junta de NBR seja adequada para a mesma temperatura. Da mesma forma, uma junta para altas temperaturas não resolve os problemas de corrosão sob tensão por cloretos, oxidação ou fragilização da liga.

Para o o melhor cartucho de filtro para aplicações a altas temperaturas e pressões, normalmente começaria com um sistema de cartuchos filtrantes de metal sinterizado e, em seguida, restringir a seleção do projeto por liga, grau de porosidade, geometria do elemento, construção da junta, vedante, código da caixa e método de limpeza.

Não apenas com base na classificação em mícrons.

Alta pressão: a pressão de funcionamento não é o mesmo que a pressão diferencial

Esta distinção merece mais atenção.

A pressão de funcionamento é a pressão contida no conjunto do invólucro e do elemento. A pressão diferencial é a diferença de pressão através do meio filtrante. Um sistema pode funcionar a 200 bar, enquanto o filtro limpo apresenta apenas 0,1 bar de pressão diferencial.

Então, o cartucho entope.

O lado a montante permanece sob pressão, a pressão a jusante diminui e o elemento fica subitamente exposto a uma carga de esmagamento ou colapso muito maior. É nessa altura que os meios filtrantes macios sem suporte podem deformar-se, rachar, criar um desvio ou separar-se de uma tampa terminal.

Uma estrutura sinterizada é, por natureza, rígida. As partículas de pó, os pontos de contacto das fibras ou as camadas de malha estão ligados metalurgicamente, o que permite que o elemento resista aos ciclos de pressão e à limpeza por fluxo inverso de forma mais consistente do que um cartucho de polímero descartável típico.

Ainda assim, “metal” não significa indestrutível.

Consulte o fabricante para saber a pressão diferencial admissível, tanto no sentido direto como no inverso, à temperatura de funcionamento. Um valor de resistência ao colapso medido à temperatura ambiente não deve ser aplicado de ânimo leve a condições de funcionamento a altas temperaturas. As soldaduras, os acessórios nas extremidades, os suportes perfurados e a exposição à fadiga também são fatores importantes.

No caso de aplicações com etileno a alta pressão, fluidos supercríticos, sistemas hidráulicos, vapor e gás comprimido, o filtro faz parte do sistema de pressão — não é um acessório consumível.

Filtro plissado descartável vs. filtro sinterizado reutilizável

É aqui que as folhas de cálculo relativas às aquisições se tornam frequentemente enganosas.

O cartucho descartável costuma ser a escolha na primeira encomenda. Um elemento sinterizado pode custar várias vezes mais, especialmente quando é fabricado em aço inoxidável 316L, Hastelloy C-276, Inconel 600, níquel, titânio ou uma construção multicamadas de fibra sinterizada.

Mas o cálculo correto não é:

Preço unitário do cartucho plissado em comparação com o preço unitário do cartucho sinterizado.

O cálculo correto é:

Custo total de filtração por ano de exploração, por metro cúbico tratado ou por quilograma de produto comercializável recuperado.

Um modelo de custo total viável deve incluir:

Componente de custo	Descartável plissado	Sinterizado reutilizável
Elementos iniciais	Baixo	Elevado
Frequência de substituição	Potencialmente elevado	Menor, se a regeneração funcionar
Trabalho de desativação	Repetido	Reduzida ou transferida para a limpeza
Equipamento de limpeza	Normalmente, mínimo	Pode ser necessário recorrer a retrolavagem, banho ultrassónico, forno, solvente, ácido ou sistema cáustico
Eliminação de resíduos	Cartucho usado e contaminantes retidos	O líquido de limpeza, os sólidos removidos e, por fim, o elemento
Inventário	Mais stock de reposição	São menos elementos, mas ainda são necessárias peças sobressalentes
Perda de produto	Pode ocorrer durante substituições frequentes	Pode ser reduzido através de limpeza no local
Carga de validação	Os novos lotes de cartuchos podem exigir controlo	Os elementos reutilizados requerem procedimentos de limpeza e verificação da integridade
Consequências da falha	Normalmente limitado a funções de natureza benigna	Pode ser grave em serviços de processos críticos
Valor residual	Normalmente, nenhum	Possível longa vida útil e valor como sucata metálica

Um filtro sinterizado não é automaticamente económico só por ser lavável. A limpeza tem, de facto, de restabelecer a permeabilidade e o desempenho de retenção.

Essa é a parte difícil.

Algumas impurezas são facilmente removidas através da retropulsão. Outras dissolvem-se num solvente compatível. Outras ainda oxidam num forno controlado. Outros materiais penetram na rede de poros, polimerizam, carbonizam, formam incrustações ou atacam quimicamente a liga. Um filtro pode parecer limpo, embora, no seu interior, continue obstruído do ponto de vista hidráulico.

Portanto, a verdadeira questão não é: “Será que se consegue limpar?”

A questão é: “Será possível restaurá-lo repetidamente para um estado de referência documentado sem alargar os poros, danificar as soldaduras, contaminar o produto ou criar resíduos químicos perigosos?”

O que nos revelam os dados reais do setor industrial

A documentação atual sobre os produtos é útil, mas os casos de processos de longa duração são mais reveladores, pois expõem os aspetos económicos da recuperação, da limpeza e do tempo de funcionamento.

Num caso da indústria de processos publicado pela Mott, um sistema de metal sinterizado utilizado para a recuperação de catalisadores usados terá produzido um filtrado contendo menos de 1 ppm de sólidos em suspensão. Os sólidos resultantes da retrolavagem foram encaminhados para recuperação, e o sistema funcionou durante mais de sete anos; as poupanças resultantes da recuperação do catalisador permitiram amortizar o investimento na filtração em pouco mais de um ano.

Esse caso não prova que todas as instalações de sinterização alcancem um retorno do investimento num ano. A composição química da matéria-prima, o valor do catalisador, a morfologia dos sólidos, as configurações do ciclo, a área do filtro e a eficiência de limpeza podem alterar drasticamente o resultado.

Mas isto demonstra algo que as comparações entre filtros plissados e descartáveis muitas vezes ignoram: quando o sólido retido tem valor económico, o filtro não se limita a proteger o equipamento. Torna-se um ativo de recuperação.

Mott refere ainda que a retrolavagem hidropulsada pneumática assistida a gás tem-se revelado particularmente eficaz para elementos metálicos porosos sinterizados e pode ser automatizada para reduzir a exposição do operador.

Os dados mais antigos relativos a campos de refinação continuam também a ser tecnicamente relevantes. Um estudo sobre filtração em metal poroso revelou que Recuperação da retrolavagem de 98,3% para 99%, com o filtrado visualmente límpido medido em aproximadamente 0,2 ppm de sólidos suspensos totais durante os testes.

Esses valores não devem ser transcritos para um caderno de encargos como desempenho garantido. Mostram o que um sistema concebido alcançou em condições específicas, e não o que cada cartucho irá alcançar em todas as pastas.

E essa diferença é importante.

Por que razão os filtros plissados continuam a dominar muitas aplicações comuns

Porque são práticos.

Um cartucho plissado bem selecionado proporciona uma grande área de filtração, um ΔP de limpeza reduzido, uma instalação simples, caixas de montagem conhecidas, uma vasta escolha de meios filtrantes e uma substituição previsível. Nas áreas da água engarrafada, clarificação de bebidas, filtração química geral, tintas, água de enxaguamento, eletrónica e polimento final, essa combinação é difícil de superar.

A Donaldson descreve cartuchos plissados de polipropileno destinados à pré-filtração de processos com boa relação custo-benefício, com meios filtrantes de classificação absoluta e baixa queda de pressão em condições de limpeza.

A expressão-chave é “destinado a”.”

Um cartucho concebido para a pré-filtração de água limpa não deve ser utilizado em solventes quentes, suspensões de catalisadores abrasivos, vapor cíclico ou aplicações com gás a alta pressão instável apenas porque o valor nominal em mícrons parece correto.

Para aplicações económicas de líquidos, o nosso gama de cartuchos filtrantes plissados é o ponto de partida lógico. Para necessidades mais abrangentes de remoção de sedimentos — em que é necessário comparar entre si cartuchos do tipo «melt-blown», de alto caudal, plissados, de PP e sinterizados —, o categoria de cartuchos de filtro de sedimentos proporciona um quadro de seleção mais abrangente.

Pó sinterizado, malha sinterizada, fibra sinterizada ou material sinterizado plissado?

“O ”filtro sinterizado» não é um único produto.

Essa designação abrange várias estruturas com comportamentos distintos.

Filtros de pó sinterizado

O pó metálico é compactado e sinterizado para criar uma rede tridimensional rígida de poros. Estes elementos são resistentes, dimensionalmente estáveis e estão disponíveis em formatos tubulares, de disco, de copo, de placa e personalizados.

São frequentemente escolhidos para:

Gás a alta pressão
Controlo de fluxo
Lavagem
Retenção do catalisador
Filtração por polímeros
Proteção dos instrumentos
Vapor
Serviço de produtos químicos agressivos

A desvantagem é que os meios filtrantes de pó metálico fino podem ter uma área de filtração menor do que um cartucho plissado com o mesmo tamanho de invólucro, o que resulta numa velocidade frontal mais elevada, a menos que o elemento seja dimensionado de forma generosa.

Filtros de malha metálica sinterizada

São laminadas e sinterizadas várias camadas de malha tecida. As camadas podem incluir uma malha de proteção, uma camada de controlo, uma camada de drenagem e uma malha de suporte estrutural.

Estes designs proporcionam aberturas controladas, estabilidade mecânica e uma limpeza relativamente fácil da superfície. São comuns no processamento de polímeros, em sistemas hidráulicos, em peneiras, filtros e em aplicações em que uma estrutura tecida precisa é útil.

Filtros de fibra metálica sinterizada

Fibras metálicas muito finas são moldadas num tapete poroso e sinterizadas nos pontos de contacto. O meio assim obtido pode proporcionar elevada porosidade, boa permeabilidade e maior capacidade de retenção de sujidade do que algumas estruturas de pó denso.

Este formato é frequentemente utilizado quando é necessário conciliar a área de filtração com a facilidade de limpeza.

Filtros plissados sinterizados

A fibra ou malha sinterizada é pregueada em torno de um núcleo de suporte, combinando uma grande área com uma estrutura metálica.

Esta é, muitas vezes, a resposta mais contundente à visão simplista Cartucho de filtro sinterizado vs. cartucho de filtro plissado debate, porque demonstra que “plissado” se refere à geometria, enquanto “sinterizado” se refere à forma como o meio é ligado.

Um filtro pode ser ambas as coisas.

Compatibilidade química: não se limite ao “aço inoxidável 316L”

O 316L é popular porque oferece uma boa resistência à corrosão, soldabilidade, disponibilidade e um bom equilíbrio em termos de custo. Não é totalmente à prova de corrosão.

A concentração de cloreto, o pH, a temperatura, o potencial oxidante, a geometria das fendas, os produtos químicos de limpeza e o tempo de exposição podem tornar uma aplicação inadequada para o aço 316L. O ácido clorídrico constitui um problema óbvio. A água quente contendo cloreto também pode causar corrosão por pite ou corrosão em fendas em condições que parecem benignas numa tabela de compatibilidade genérica.

Podem ser necessárias ligas de níquel para ácidos mais fortes ou ambientes clorados. O titânio pode ser adequado em determinadas aplicações cloradas oxidantes. Os meios porosos de PTFE plissado podem apresentar um desempenho superior ao do metal em algumas aplicações quimicamente agressivas, mas mecanicamente moderadas.

E, surpreendentemente, as juntas são as primeiras a falhar com bastante frequência.

As juntas de EPDM, FKM, NBR, silicone, PTFE, FFKM, grafite e metal têm limites diferentes. A análise de compatibilidade deve abranger:

Meio filtrante
Núcleo de apoio
Tampas das extremidades
Colagem ou soldadura
Material da caixa
Junta
Produtos químicos de limpeza
Condições de arranque e desligamento

Se ignorarmos um, o exercício de seleção de materiais fica incompleto.

Retenção de partículas: os valores em mícrons não são equivalentes

Um filtro plissado com poros nominais de 5 µm e um filtro sinterizado com poros absolutos de 5 µm não são equivalentes.

Os valores nominais podem indicar uma percentagem aproximada da remoção de partículas num ensaio definido pelo fabricante. Os valores absolutos estão geralmente associados a um tamanho máximo especificado das partículas ou ao desempenho da relação beta, mas a terminologia e os métodos de ensaio ainda têm de ser verificados.

Peça a norma de ensaio e a curva de eficiência.

Na filtração de líquidos, o rácio beta é expresso como o número de partículas a montante com dimensão superior a um determinado valor, dividido pelo número de partículas a jusante. Por exemplo:

βₓ = 2 corresponde a uma eficiência de 50%.
βₓ = 20 corresponde a uma eficiência de 95%.
βₓ = 100 corresponde a uma eficiência de 99%.
βₓ = 1 000 corresponde a uma eficiência de 99,91 TP3T.

A eficiência é calculada da seguinte forma:

Eficiência = (β − 1) ÷ β × 100%

Mas mesmo isto não explica tudo. Os géis deformáveis, as partículas em forma de placa, as fibras, a matéria biológica e os aglomerados podem passar ou formar pontes de forma diferente do pó de calibração rígido.

No caso de serviços críticos, realize um teste de simulação com o fluido real e o contaminante real.

Carga de sujidade e tipo de contaminação

Os cartuchos plissados tendem a funcionar bem com cargas de sólidos relativamente baixas a moderadas, especialmente quando a sua grande área retarda o aumento do ΔP. As estruturas plissadas multicamadas em profundidade conseguem capturar partículas ao longo da espessura, em vez de apenas na superfície.

Os elementos sinterizados apresentam frequentemente um melhor desempenho quando os sólidos formam uma camada superficial permeável que pode ser removida pelo fluxo inverso.

Essa última frase é importante.

Um filtro submetível a retrolavagem necessita de um contaminante que possa ser removido por retrolavagem. Materiais macios, pegajosos, cerosos, resinosos, compressíveis ou gelatinosos podem fixar-se no interior dos poros. As partículas finas, quando combinadas com óleo, podem formar uma pasta. As incrustações de carbonato de cálcio podem exigir a utilização de ácido. Os resíduos orgânicos podem exigir a utilização de álcali, solventes, vapor, oxidação ou uma sequência de métodos.

O meio e o contaminante devem ser avaliados em conjunto.

Serviços para os setores alimentar, de bebidas, farmacêutico e de alta pureza

Os cartuchos poliméricos e de membrana plissados estão amplamente consolidados nos processos de alimentos, bebidas, produtos farmacêuticos e líquidos de alta pureza, uma vez que oferecem retenção fina, construção higiénica, baixos níveis de substâncias extraíveis, desempenho validado e fácil substituição.

O metal sinterizado revela-se uma opção atraente nos casos em que a esterilização a vapor, as altas temperaturas, a resistência mecânica, a longa vida útil ou a ausência total de migração de fibras são prioritárias.

A Pall salienta que os seus meios filtrantes de metal sinterizado não libertam fibras nem partículas e permitem evitar os extratos solúveis associados a alguns meios filtrantes poliméricos ou impregnados com resina.

No entanto, a adequação sanitária não pode ser inferida a partir do facto de ser “aço inoxidável”.”

O acabamento da superfície, o controlo de pontos mortos, a qualidade das soldaduras, a capacidade de drenagem, a passivação, a conceção das juntas, o procedimento de limpeza no local, o controlo microbiano e a documentação aplicável relativa ao contacto com alimentos continuam a ser necessários.

Um elemento metálico poroso e rugoso instalado num invólucro sem drenagem não é, por si só, higiénico.

Os filtros plissados podem ser reutilizáveis?

Alguns conseguem.

Os cartuchos de malha plissada em aço inoxidável podem ser submetidos a retrolavagem ou limpeza por ultrassons. A Donaldson descreve um cartucho plissado em aço inoxidável que combina uma maior área de superfície com a retrolavagem ou a limpeza por ultrassons, prolongando a vida útil e reduzindo o custo total de propriedade.

Certos cartuchos plissados de polímero também podem ser enxaguados e reutilizados em aplicações não críticas. No entanto, a reutilização indiscriminada acarreta riscos quando:

O meio de comunicação captou partículas no seu interior.
A limpeza altera a estrutura dos poros.
O cartucho contém um adesivo que se degrada.
As tampas das extremidades deformam-se.
A contaminação biológica persiste.
A candidatura requer uma comprovação de permanência.
A reinstalação danifica as juntas.
Os operadores não conseguem verificar a integridade.

Portanto, “lavável” e “validado para reutilização repetida” não são a mesma afirmação.

Os filtros sinterizados podem avariar?

Sem dúvida.

Podem rachar devido à fadiga, sofrer corrosão, erosão, deformar-se sob pressão diferencial excessiva, obstruir-se internamente, apresentar falhas nas soldaduras, reter produtos químicos de limpeza ou perder a integridade da filtração devido a um tratamento ultrassónico ou mecânico inadequado.

Um retrocesso agressivo também pode danificar um conjunto mal concebido.

Um filtro sinterizado é resistente, não é mágico.

Os erros de seleção mais comuns que observo nas especificações técnicas são de natureza conceptual e não metalúrgica:

Selecionar apenas por classificação em mícrons
Ignorando o ΔP «limpo» e «sujo»
Partindo do princípio de que todo o aço 316L é quimicamente compatível
Não ter testado a libertação efetiva de contaminantes
Área de filtração insuficiente
Utilizar um líquido de limpeza que ataque a liga ou a vedação
Não instalar qualquer sistema de monitorização da pressão diferencial
Prever que a retrolavagem remova os sólidos deformáveis incrustados
Comparar os preços unitários em vez dos custos anuais do processo

Como escolher entre filtros plissados e sinterizados

Siga a sequência seguinte.

1. Definir o resultado de filtração pretendido

Especifique o nível máximo admissível de contaminação a jusante, e não apenas um valor preferencial em mícrons.

Indique a concentração das partículas, a distribuição granulométrica, a forma, a dureza e se o material retido é resíduo, produto ou catalisador.

2. Registar as condições reais do processo

Documento:

Caudal normal, mínimo e máximo
Pressão de funcionamento e de projeto
ΔP máximo em marcha à frente e à ré
Temperatura normal e anormal
Viscosidade do fluido à temperatura de funcionamento
Composição química
Carga de sólidos
Operação em lote ou contínua
Utilização com gás ou líquido
Condições oxidantes ou redutoras

3. Decida se a substituição ou a regeneração é a opção mais adequada para a instalação

Um filtro descartável pode ser a solução ideal quando a substituição do cartucho demora dez minutos e o volume de resíduos é reduzido.

Um filtro reutilizável torna-se mais vantajoso quando a paragem demora oito horas, os operadores necessitam de equipamento de proteção, o catalisador retido é valioso ou a unidade funciona em regime contínuo.

4. Testar a pressão diferencial em condições de limpeza

Não aceite um valor de ΔP sem verificar o fluido de ensaio, a viscosidade, a temperatura, o comprimento do elemento e a base de caudal.

Os dados relativos à água a 20 °C não podem ser aplicados diretamente a um fluxo de resina de 500 cP.

5. Determinar a pressão diferencial terminal

Defina quando o elemento deve ser substituído ou limpo. Este limite pode basear-se na resistência ao colapso, na capacidade da bomba, no rendimento do processo, na eficiência de filtração ou na rentabilidade do produto.

6. Verificar a recuperação após a limpeza

Meça a resistência ao fluxo limpo antes da utilização, após a contaminação e após cada ciclo de limpeza.

Um programa de validação adequado regista:

ΔP original limpo
ΔP sujo
ΔP após a limpeza
Percentagem de recuperação do caudal
Resultado do teste de bolhas ou do teste de integridade
Inspeção visual e dimensional
Número de ciclos de limpeza
Histórico de exposição a substâncias químicas

7. Calcular o custo do ciclo de vida

Utilize os custos reais com mão-de-obra, resíduos, tempo de inatividade, energia, limpeza e inventário.

Não disfarce o tempo de inatividade sob o conceito de “custos de manutenção”. Em muitas instalações de produção contínua, o tempo de inatividade representa o valor mais elevado no cálculo.

Uma matriz de seleção simples

Condição do processo	Ponto de partida recomendado
Água à temperatura ambiente, teor de sólidos moderado, baixo custo de substituição	Cartucho plissado de polipropileno
Polimento final com líquido e ΔP de limpeza muito baixo	Cartucho ou membrana com pregas finas
Água de processo de alto caudal	Cartucho plissado de grande diâmetro ou de alto caudal
Gás quente acima dos limites do polímero	Metal sinterizado ou cerâmica adequada
Filtração a vapor	Aço inoxidável sinterizado com juntas compatíveis
Recuperação do catalisador	Metal sinterizado lavável por retrolavagem
Solvente agressivo a temperatura moderada	PTFE plissado ou liga metálica compatível
Gás a alta pressão	Metal sinterizado rígido
Pré-filtração de alimentos e bebidas	Cartucho plissado em conformidade com os requisitos de contacto com alimentos
Esterilização repetida	PTFE validado, aço inoxidável plissado ou metal sinterizado
Partículas abrasivas	Meios metálicos compatíveis, em função da velocidade
Baixo teor de sólidos e mudanças frequentes de tipo de produto	Cartucho plissado descartável
Sólidos retidos de elevado valor	Sistema sinterizado regenerável
Espaço de alojamento limitado e caudal elevado	Design plissado ou plissado sinterizado

A verdade incómoda sobre o “melhor”

Não existe um filtro que seja universalmente melhor.

Existe apenas um filtro cujo modo de falha é aceitável para o processo.

Um cartucho plissado costuma apresentar falhas de natureza económica: aumento do ΔP, substituições frequentes, mão-de-obra, desperdício ou perda de produção.

Um cartucho sinterizado pode revelar-se economicamente inviável por diferentes motivos: elevado custo de investimento, área inadequada, fraca recuperação após a limpeza, corrosão ou um sistema sobredimensionado que nunca compensa o seu custo.

Para um polimento normal, a temperaturas moderadas, em que a substituição é fácil, escolheria sem hesitar um filtro plissado.

Não o escolheria para suspensões catalisadoras a alta temperatura, vapor, ciclos de pressão instáveis ou uma aplicação em que o colapso do meio pudesse contaminar um reator a jusante.

E eu escolheria metal sinterizado para essas tarefas exigentes — mas só depois de testar a facilidade de limpeza com os sólidos em questão.

Essa é a parte que os folhetos de vendas costumam omitir.

Perguntas frequentes

O que é melhor, um filtro plissado ou um filtro sinterizado?

Um filtro plissado é mais adequado para um custo inicial baixo, uma área de filtração elevada, um caudal elevado e uma baixa queda de pressão durante a limpeza, enquanto um filtro sinterizado é mais adequado para altas temperaturas, alta pressão diferencial, limpezas repetidas, resistência química e longa vida útil. A escolha correta depende das condições de funcionamento e do custo total ao longo do ciclo de vida.

Os cartuchos plissados são normalmente a escolha preferida em aplicações de filtração de água, bebidas, produtos químicos em geral e nas etapas de aperfeiçoamento. Os filtros sinterizados são geralmente selecionados para vapor, gás quente, recuperação de catalisadores, gás a alta pressão, fluxos de processo corrosivos e aplicações em que é necessária integridade estrutural ou regeneração.

Qual é a principal diferença entre os filtros plissados e os filtros sinterizados?

A principal diferença reside no facto de um filtro plissado aumentar a área de filtração através da dobragem do material em folha, enquanto um filtro sinterizado ganha resistência e porosidade controlada através da ligação metalúrgica de pó, fibras ou malha metálica. O plissado altera principalmente a geometria; a sinterização altera principalmente a estrutura mecânica do meio.

As categorias podem sobrepor-se. Uma folha de fibra metálica sinterizada pode ser plissada, dando origem a um cartucho plissado sinterizado reutilizável com uma área de superfície elevada e uma estrutura metálica resistente.

Um filtro sinterizado é mais eficiente do que um filtro plissado?

Um filtro sinterizado não é automaticamente mais eficiente, uma vez que a eficiência na remoção de partículas depende da classificação dos poros, do método de classificação, da estrutura do meio filtrante, do contaminante em teste, do caudal, da viscosidade e da norma de ensaio — e não simplesmente do facto de o meio ser sinterizado ou plissado. Qualquer um dos projetos pode proporcionar uma elevada eficiência, desde que seja devidamente concebido.

Compare os dados verificados relativos à retenção absoluta, ao rácio beta ou aos testes de desafio específicos da aplicação. Não compare os cartuchos apenas com base na classificação em mícrons indicada na embalagem.

Qual é o filtro que apresenta a menor queda de pressão?

Um filtro plissado apresenta normalmente uma queda de pressão mais baixa em condições de limpeza, uma vez que a sua geometria plissada permite incluir uma grande área de filtração num cartucho compacto, reduzindo a velocidade do fluido que atravessa cada unidade do meio filtrante. No entanto, o espaçamento reduzido entre as pregas, os fluidos viscosos, os sólidos pegajosos e a formação de pontes no bolo de filtração podem reduzir a área útil.

Um elemento sinterizado de dimensões generosas também pode funcionar com um ΔP baixo, especialmente quando fabricado a partir de fibra metálica de elevada porosidade ou de malha plissada. A área do elemento e a permeabilidade são mais importantes do que a denominação da categoria.

Os filtros de metal sinterizado são reutilizáveis?

Os filtros de metal sinterizado são reutilizáveis quando a sua contaminação pode ser removida sem danificar a estrutura porosa, a liga, as soldaduras ou as vedações, e quando o caudal e a integridade após a limpeza podem ser verificados em relação a um limite de aceitação estabelecido. Os métodos mais comuns incluem a retrolavagem, a limpeza por ultrassons, a imersão em solventes, a limpeza química, o vapor e o tratamento térmico controlado.

Nem todos os contaminantes são fáceis de remover. A resina polimerizada, o calcário, o alcatrão, as partículas finas ligadas ao óleo e as partículas deformáveis podem exigir procedimentos de limpeza específicos para cada aplicação.

Os filtros plissados são descartáveis?

Muitos cartuchos plissados de polímero são concebidos como elementos descartáveis, mas certos cartuchos plissados de malha de aço inoxidável, PTFE, poliéster e reforçados podem ser limpos e reutilizados, desde que o fabricante o permita e a aplicação não exija validação para utilização única. A reutilização deve basear-se na integridade comprovada e no restabelecimento do fluxo — e não na aparência.

Em processos sanitários ou de alta pureza, a reutilização não validada pode acarretar riscos de contaminação microbiana, química e por partículas.

Qual é o melhor filtro para aplicações a alta temperatura e alta pressão?

Um filtro de metal sinterizado devidamente concebido é, geralmente, o melhor ponto de partida para a filtração combinada a alta temperatura e alta pressão, uma vez que a sua estrutura porosa aglomerada resiste melhor ao colapso, aos ciclos térmicos, à vibração e à limpeza por fluxo inverso do que os meios poliméricos descartáveis típicos. É necessário verificar as especificações relativas à liga, à soldadura, à vedação, à caixa e à pressão diferencial.

Dependendo do processo, os materiais adequados podem incluir aço inoxidável 316L, Hastelloy, Inconel, níquel, titânio ou outras ligas especiais.

Vale a pena pagar um preço mais elevado por um filtro sinterizado?

Um filtro sinterizado justifica o preço mais elevado quando a redução da frequência de substituição dos cartuchos, a menor frequência de paragens, a recuperação do produto ou do catalisador, a limpeza automatizada mais segura e a vida útil mais longa compensam o custo do elemento e do seu sistema de limpeza. Normalmente, não é económico quando o processo é suave e a substituição dos consumíveis é barata.

Calcule o custo anual por unidade de fluido processado, em vez de se limitar a comparar apenas os preços de aquisição dos cartuchos.

Um filtro sinterizado pode substituir diretamente um filtro plissado?

Um filtro sinterizado só pode substituir um filtro plissado quando as dimensões do invólucro, a capacidade de caudal, a queda de pressão em condições normais, o grau de retenção, o design da vedação, a compatibilidade química, a resistência ao colapso e o método de limpeza tiverem sido todos verificados. Um cartucho mecanicamente compatível não é necessariamente equivalente do ponto de vista hidráulico ou funcional.

Os meios sinterizados podem necessitar de uma área de superfície maior para igualar a diferença de pressão (ΔP) em condições de limpeza de um elemento plissado polimérico de grandes dimensões. Recomenda-se a realização de um teste piloto para aplicações críticas.

Quais são as aplicações mais comuns dos filtros de metal sinterizado?

As aplicações comuns dos filtros de metal sinterizado incluem a recuperação de catalisadores, a filtração de gases quentes, a filtração de vapor, a utilização em sistemas de gás a alta pressão, o processamento de polímeros, a clarificação de lamas de refinaria, a recuperação de produtos químicos, a injeção de gás, o controlo de caudal, a proteção hidráulica, a amostragem de instrumentos e processos alimentares ou farmacêuticos que exijam meios filtrantes rígidos e não fibrosos.

Para uma análise mais abrangente das geometrias e materiais disponíveis, consulte o nosso elementos filtrantes industriais de metal sinterizado.

Recomendação final

Para fluidos limpos ou moderadamente contaminados a temperaturas normais, comece por utilizar um cartucho plissado. Normalmente, este oferece uma maior área de filtração, uma queda de pressão inicial mais baixa, maior facilidade de aquisição e um preço de compra mais baixo.

Seja em condições de calor, pressão, vapor, catalisadores, agressão química, retrolavagens repetidas ou paragens dispendiosas, opte pelo metal sinterizado.

Mas não escolha nenhuma das opções de um catálogo.

Envie ao fabricante o caudal real, a composição do fluido, a viscosidade, o intervalo de temperatura, a pressão diferencial normal e máxima, a concentração de sólidos, o tempo de retenção pretendido, o plano de limpeza e o intervalo de manutenção exigido. Solicite dados relativos ao fluxo limpo e, nos casos em que uma avaria possa acarretar custos elevados, teste o fluido real do processo.

Precisa de ajuda para comparar ambas as configurações para uma condição de funcionamento específica? Envie-nos os dados do seu processo, a classificação de microns pretendida, o caudal, a pressão, a temperatura e os requisitos de limpeza. A nossa equipa de engenharia poderá avaliar se um filtro plissado, de pó sinterizado, de malha sinterizada ou plissado sinterizado oferece o custo de ciclo de vida mais baixo possível.